relatorio 22

Prévia do material em texto

Experimento 2 - Pêndulo Eletrostático
Engenharia de Controle e Automação
Integrantes:
Pêndulo Eletrostático
Relatório entregue como requisito de nota parcial à disciplina de Física Experimental 2 (FE2) do curso de Engenharia de Controle e Automação do Instituto Federal de São Paulo.
Orientadores: 
São Paulo, 2018
1. Introdução
1.1 Eletrização
Os processos de eletrização são constantemente vistos na natureza, e isso acontece ao se adicionar ou retirar elétrons de um corpo neutro. Entretanto, existem diferentes processos de eletrização sendo eles; por indução, contato e atrito. [2] Nesse relatório será abordada apenas a eletrização por contato e por atrito, devido a não necessidade de maiores conhecimentos em eletrização por indução para o entendimento do tema.
1.1.1 Eletrização por atrito
Fig. 1 Série Triboelétrica
4
Este processo foi o primeiro de que se tem conhecimento. Foi descoberto por volta do século VI a.C. pelo matemático grego Tales de Mileto, que observou que o atrito entre certos materiais era capaz de atrair pequenos pedaços de palha e penas.
Quando há eletrização por atrito os dois corpos ficam com cargas de mesmo módulo, porém com sinais opostos. A eletrização depende também da natureza do material, visto que, alguns materiais possuem maior tendência para doar ou receber elétrons, e a partir dessas pré-disposições, convenientemente surge uma série denominada “Série Triboelétrica”, apresentada na “Fig.1”.Fonte: [3]
Fonte: [3]
1.1.2 Eletrização por contato
A eletrização por contato, como o próprio nome já diz, se dá pelo contato entre dois ou mais objetos, sendo que pelo menos um deles deve estar eletrizado. Dessa forma, quando os materiais são tocados, a carga elétrica tende a se estabilizar, assim, os elétrons migram de um material para o outro até que todos os elétrons se distribuam de maneira uniforme, fazendo com que o modulo e o sinal da carga de todos os materiais em contato sejam as mesmas. A eletrização por contato acontece quase que exclusivamente com materiais condutores, pois os elétrons dos objetos condutores se movem com maior facilidade. [2] 
2.  Objetivos
Objetiva-se estudar o comportamento do campo elétrico em laboratório, buscando condições ideais para que seja possível quantificar cargas.
	Devido ao funcionamento do pêndulo eletrostático, podemos relacioná-lo aos parâmetros de força gravitacional, o ângulo de afastamento dos pedaços de alumínio e a carga transferida a eles. 
3.  Materiais Utilizados
Dois pedaços iguais de fio isolante (meia de nylon desfiada); 
Folhas de alumínio; 
Agulha;
Fita crepe; 
Cola; 
Canudo de plástico; 
Papel toalha; 
Suporte vertical; 
Régua e transferidor para referência; 
Câmera digital (ou celular) para registro; 
Balança digital.
4.  Procedimento Experimental
Em concordância com os objetivos, iniciamos o experimento com a preparação de um dispositivo que serviria de pêndulo eletrostático, sendo este composto de um fio isolante de peso insignificante, ao qual, nas extremidades foram afixados pequenos pedaços de alumínio.
	Este aparato foi apoiado em uma agulha, de forma que ambos os lados tivessem o mesmo comprimento. Além disso, foi apoiado um transferidor para que fosse feita a medição do ângulo entre os fios bem como uma régua para medir o comprimento L dos fios.
 
 Fig. 2 Dispositivo montado				Fig. 3 Medição de L
 
 Fonte: Autores 	 	 Fonte: Autores 
A partir deste ponto, iniciamos o procedimento de eletrização de um corpo isolante por atrito para que sua carga fosse transferida aos pequenos pedaços de alumínio que, graças ao campo elétrico gerado por eles, se afastam, vencendo a força peso, produto da gravidade.
	O grau de afastamento foi medido com um transferidor e o valor foi utilizado para calcular a força do campo elétrico gerado, utilizando os conhecimentos físicos do evento.
Em seguida alteramos as propriedades do dispositivo a fim de observar os efeitos das mudanças, dessa forma, alteramos o comprimento L dos fios para 13 e, futuramente, 8 centímetros. Após cada mudança, houve uma nova rodada de eletrização e medições.
 Figura 4: L=13 cm				 Figura 5: L=8 cm
 Fonte: Autores				 	Fonte: Autores
Conforme esperado, as alterações surtiram efeitos no afastamento dos pedaços de alumínio, tal variação foi contabilizada nos cálculos a fim de demonstrar, numericamente, a força do campo elétrico. Contudo, decidimos utilizar os dois extremos para calcular o valor da carga.
5.  Resultados e Discussões
A partir de análises e discussões foi possível elaborar o diagrama de forças, as quais os pedaços de papel alumínio estavam submetidos. Isso pode ser observado com mais clareza na “Fig. 4”.
Fig.6 Diagrama de Forças
Fonte: Autores
Calcularam-se os valores das cargas do papel alumínio em dois momentos diferentes, em que o tamanho “L” do pêndulo foi alterado. Esses dados foram obtidos a partir da equação [1], e são vistos na Tabela 2.
Tabela 2. Valores das cargas
	Comprimento “L” (m)
	Valor da carga “Q” (C)
	0,20
	(2,6 ± 0,7) x 10-9
	0,08
	(2,1 ± 0,6) x 10-9
Fonte: Autores
É viável supor que as cargas dos dois pedaços de papel alumínio eram as mesmas, já que, os objetos analisados (papel alumínio) eram constituídos do mesmo material e possuíam as mesmas dimensões. Além disso, depois do cano de PVC ter sido atritado e, consequentemente, eletrizado, o cano foi tocado nos dois pedaços de papel alumínio no mesmo instante e pelo mesmo tempo, o que ocasionou na mesma transmissão de carga para os dois pedaços.
6.  Conclusões
Em vista dos resultados primeiramente é necessário atribuir as possíveis causas de erro as quais contribuíram para algumas divergências no resultado, o modo de captura de dados por mais preciso que fosse pode apresentar algumas falhas já que possivelmente houve erros de leitura do transferidor e que o transferidor não ocupou exatamente o eixo 0,0 do plano observado, além dos erros dos instrumentos de medição. Torna-se possível constatar que devido á força de repulsão se manter em valores próximos no período analisado, quando o fio foi encurtado, o ângulo de abertura aumentou para manter uma distância semelhante ao evento anterior, vale ainda lembrar, que no dia da execução do experimento o clima estava meio húmido e isso pode ter interferido nos resultados atingidos. 
Referências bibliográficas
[1] Pendulo eletrostático, Disponível em: <http://minf.ufpa.br/index.php/pendulo-eletrostatico>. Acesso em: Agosto de 2018.
[2] HALLIDAY, David, RESNICK, Robert. Fundamentos de Física, 3º ed., Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos, Editora S.A, 1993. V.03, p.115 -125. 
[3] COHEN-TANNOUDJI, C.; DIU, B.; LALOË, F. Quantum Mechanics, 1ª edição. Wiley, Vol. 2, p. 1442-1446, 1977.